火工品大量值振动试验技术研究及案例分析

张鹏辉，王 琦，王维娜，张 涛，刘卫东



火工品大量值振动试验技术研究及案例分析

张鹏辉，王 琦，王维娜，张 涛，刘卫东

（陕西应用物理化学研究所，陕西 西安，710061）

为解决现有振动台无法满足火工品大量值振动试验的需求，设计一种基于谐振原理的火工品振动放大试验装置。在振动台输出较小激振力的情况下，在该装置上依靠谐振放大来满足试验需求，并针对具体的案例进行试验验证和分析。结果表明：设计的振动放大试验装置能够有效满足试验需求，振动量值、偏差符合标准要求，可应用在火工品大量值振动考核试验中。

火工品：振动试验；谐振放大；偏差

振动是环境试验中很重要的一个环境参数，在实际的应用中振动可能会导致产品的结构损坏、工作性能失灵和工艺性能破坏[1]，90%以上的工程产品在研发及生产过程中都需要进行振动试验的考核[2]。经过科技人员近几十年的努力，振动试验技术得到了长足的发展，满足了实验室对常规振动试验的需要。但是，随着我国航空航天技术的不断发展，产品应用过程中遇到的振动环境日趋复杂和严酷，甚至个别的振动环境已不能用现有的振动台实现模拟。

某电起爆器自主飞行振动均方根加速度要求为139.9g，参考美国UD公司生产的激振力为35kN的SAI60-H560B-16型号振动台，其动圈质量为45kg，夹具与产品质量总和取10kg，由牛顿第二定律可得所需最低的激振力为75.406kN，实际应用中振动台输出的激振力通常要多出30%的余量[3]，所以需要98.028 kN以上的激振力。由此可见35kN激振力的振动台无法满足要求，其他型号的振动台随着激振力的增大，动圈质量也增大，还需要考虑动圈的耐振能力。并且通常情况下振动台都限制振动试验最大加速度在100g以内[4]。因此，需要研究大量值振动试验技术，以满足日益提高的火工品振动试验考核要求。本文设计了一种基于谐振原理的火工品振动放大试验装置，并对其开展研究。

1 谐振放大振动试验技术

要满足某电起爆器均方根加速度量值为139.9g的自主飞行振动试验考核，需考虑借助基于谐振原理的火工品振动放大装置予以满足。

谐振即物理的简谐振动，物体的加速度在跟偏离平衡位置的位移成正比，且总是指向平衡位置的回复力的作用下的振动。在机械学里，激振频率为系统固有频率的整数倍时，受迫振动的振幅增长到某一极大值，这种现象称为谐振[5]。在实际的振动试验中，由于试验夹具的刚度有限，具有一定的弹性。弹性的存在将在试验夹具中引入谐振点，从而引发机械谐振。基于以上原理设计火工品谐振式振动放大装置，其示意图如图1所示。

图1 火工品谐振振动放大装置示意图

图1中基板通过固定螺钉与振动台台面可靠连接，在基板合适位置粘接传感器并接入测试回路，作为控制通道采集振动信号，振动台的运动由该传感器的反馈来控制，以保证基板达到要求的振动量值。谐振板与基板接触面处通过螺钉紧固，其它位置悬空不加任何约束，谐振板端头位置粘接传感器，作为监测通道采集振动信号，该信号为试验所要求的规定量值。火工品通过螺纹连接方式固定在谐振板靠近监测传感器附近的端头位置。采用加速度响应控制方法对试验进行控制。在试验开始时，先施加一个低量级振动，用控制传感器的反馈信号进行控制，然后在试验中根据经验调节振动的输入，测量监测传感器的响应，并与给定的条件做比较，直到监测传感器的振动量级达到规定的振动量级。

2 案例分析

某起爆器自主飞行振动试验条件如表1所示。

表1 某起爆器自主飞行振动试验条件

Tab.1 Test conditions for autonomous flight vibration of some initiator

备注：试验条件允许采用放大工装来实现。

利用SAI60-H560B-16型号振动台，采用图1所示的振动放大装置进行试验，在振动放大装置谐振板端头位置分别固定3发产品。逐渐调整振动台的输出能量级别，直到监测传感器采集的信号满足试验要求为止。待监测传感器采集的信号稳定后，每隔30s采集数据，共采集9个点，利用分贝公式dB加速度=20lg (1/2)计算监测传感器所采集信号1与实际要求值2（2=139.9g/113g）的偏差，数据如表2~3所示。

表2 某起爆器自主飞行振动X方向振动试验数据

Tab.2 X direction test data of autonomous flight vibration of some initiator

表3 某起爆器自主飞行振动Y方向振动试验数据

Tab.3 Y direction test data of autonomous flight vibration of some initiator

在进行X方向振动试验时，振动台输出能量级别仅为3.6%，即振动台输出加速度值为139.9g×3.6%= 5.0364 g时，在谐振板端头位置即可产生试验所需的139.9g的加速度均方根值。在进行Y方向振动试验时，振动台输出能量级别为4.0%时，即振动台输出加速度值为113g×4.0%=4.52 g，在谐振板端头位置即可产生试验所需的113g的加速度均方根值。

由表2~3数据可以看出，监测传感器量值与实际要求值偏差范围在-1.116~0.442dB之间，GJB 150.16 A- 2009 军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验在“6.2.3.2加速度谱密度”中，（c）条“均方根加速度值”中规定：“均方根值在监测振动试验时是很有用的。……根据试验变量和试验设备来规定均方根监测值的允差”[6]。GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法中规定随机振动总均方根加速度容差为±1.5 dB[7]。该产品试验大纲同样规定随机振动均方根加速度容差范围为±1.5dB，可知该放大装置得出的试验数据是符合试验要求的，解决了之前利用现有振动台无法满足试验需求的问题。

3 结语

设计了基于谐振放大振动技术的振动试验装置，利用该试验装置进行试验前，需要针对不同的试验条件进行试验规律的摸索归纳，以快速有效地利用该试验装置满足不同的试验条件需求，还需要进行不断的试验装置改进以及大量的试验数据积累。在以后的工作中，可从以下几个方面进行改进：

（1）积累装置谐振板不同位置的试验量值。谐振加速度量值必然和谐振点与振源的距离有关，测试谐振板不同点加速度的大小，总结规律；

（2）改进谐振板与基板的连接方式。比较焊接、螺接、整体切割等不同连接方式的区别；

（3）利用该谐振装置进行试验时，针对不同的试验条件，振动台所提供的振动能量级别不同，需要进行大量的试验进行数据积累，建立小型数据库，方便快速有效地利用该试验装置满足试验需求。

[1] 胡志强编著.环境与可靠性试验技术[M].北京:中国质检出版社,2016.

[2] 编著委员会编.力学环境试验技术[M].西安:西北工业大学出版社,2003.

[3] 李国新,程国元,焦清介.火工品实验与测试技术[M].北京:北京理工大学出版社,1998.

[4] 卢兆明.道路车辆电气及电子设备的环境试验方法和要求[M].北京:中国质检出版社,2011.

[5] 杨明,胡浩,徐殿国.永磁交流伺服系统机械谐振成因及其抑制[J].电机与控制学报,2012,16(1):79-84.

[6] GJB 150.16A-2009军用装备实验室环境试验方法第16部分:振动试验[S].国防科工委军标出版发行部,2009.

[7] GJB 1032 电子产品环境应力筛选方法[S].国防科工委军标出版发行部,1992.

Study and Case Analysis of High Value Vibration Test Technology for Initiators

ZHANG Peng-hui，WANG Qi，WANG Wei-na，ZHANG Tao，LIU Wei-dong

(Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute, Xi’an, 710061)

In order to meet the demand of high value vibration test for the initiators, a vibration amplification device based on the principle of resonance was designed, which can meet the test requirements in the case of small output exciting force. Meanwhile, test verification and analysis for specific case was carried out, the results showed that the designed test device is effective, the deviation value of vibration meet the standard requirement, and the device can be used in the high value vibration test for initiators.

Initiators and pyrotechnics；Vibration test；Resonant amplification；Deviation

1003-1480（2018）03-0047-03

TJ450.6

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.03.012

2018-01-23

张鹏辉（1984-），男，工程师，主要从事火工品力学环境试验及研究工作。